東北地理所在長期作物連作下施肥管理對土壤微生物殘體和養分需求影響研究中取得進展
土壤微生物及其分泌的胞外酶是土壤有機質分解和養分循環的關鍵媒介，其活性與作物產量和土壤有機碳及氮、磷、鉀養分的有效性密切相關。氨基糖作為微生物細胞代謝產物經過微生物周而復始的生長-代謝-死亡的循環過程，不斷地在土壤中積累，對土壤微生物的長期作用過程具有獨特的“記憶效應”，可以評價微生物殘體對土壤有機質循環的碳氮調控機制。然而，有關東北黑土區不同作物長期連作施肥下黑土有機質和微生物養分需求變化知之甚少。因此，開展以上相關機制研究，可為認識區域農田生態系統下土壤微生物介導的養分循環及其資源需求狀況提供新視角。
東北地理與農業生態研究所黑土保護與利用學科組，利用2004年布設于黑龍江海倫農田生態系統國家野外科學觀測研究站的長期連作定位試驗，解析大豆、小麥和玉米連作施肥對土壤叢枝菌根真菌、厭氧菌、好氧菌、微生物養分需求及其代謝殘體氨基糖的影響。研究結果顯示，與不施肥處理相比，連續12年施用化肥條件下，大豆和小麥連作使土壤氨基糖含量顯著降低，有效碳源的缺乏造成氨基糖的大量分解，作為部分碳源維持土壤微生物機體代謝；而玉米連作則表現相反，較高C/N的玉米殘體進入土壤后為微生物提供相當數量的碳源，同時化肥的施入滿足碳氮元素的平衡供給，加快微生物生長，增強土壤中無機氮素的微生物同化固定，減輕由于長期施用化肥引起的土壤酸化。與不施肥處理相比，長期施用化肥降低了土壤微生物量和酶活性，磷鉀肥的過量施用可能是造成土壤微生物C限制的主要因素，微生物的養分需求主要受C和P的制約，而玉米連作可在一定程度上緩解這種限制。與大豆和小麥連作施肥相比，玉米連作處理下AMF和好氧菌生物量較高，表明種植玉米可以促進土壤微生物的營養循環，改善土壤環境。
圖1. 施肥和根茬輸入量對土壤細菌和真菌生物量及其殘體和土壤有機碳含量的影響
圖2. 施肥和根茬輸入碳氮比對土壤微生物量、酶化學計量比和養分循環的影響
相關研究成果發表在Journal of the Science of Food and Agriculture和European Journal of Soil Biology上。研究得到中國科學院野外臺站聯盟項目（KFJ-SW-YW035-4），國家自然科學基金（41771327，41807085），黑龍江省應用技術研究與開發計劃（GA19B101，GA19B105）和國家現代農業產業技術體系（CARS-04）聯合資助。
論文信息如下：
Chen Xu, Han Xiaozeng, Yan Jun, Lu Xinchun, Hao Xiangxiang, Wang Wei, Asim Biswas, Xia Zhu-Barker, Zou Wenxiu*. Land use and mineral fertilization influence soil microbial biomass and residues: A case study of a Chinese Mollisol. European Journal of Soil Biology, 2020, 100: 103216.
Chen Xu, Han Xiaozeng, Lu Xinchun, Yan Jun, Asim Biswas, Zou Wenxiu*. Long-term continuous cropping affects ecoenzymatic stoichiometry of microbial nutrient acquisition: a case study from a Chinese Mollisol. Journal of The Science of Food and Agriculture, 2021, 101: 6338–6346.
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